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CNN-LSTM车辆运动状态识别的AUKF组合导航方法
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作者 刘宁 谢越栋 +2 位作者 胡彬 范军芳 苏中 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期803-811,共9页
针对固定的噪声协方差难以适应车辆不同运动行为下噪声统计特性差异大的问题,提出了一种基于卷积神经网络与长短期记忆网络(CNN-LSTM)的车辆运动状态识别自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)组合导航方法。首先,应用CNN-LSTM网络模型进行车辆运... 针对固定的噪声协方差难以适应车辆不同运动行为下噪声统计特性差异大的问题,提出了一种基于卷积神经网络与长短期记忆网络(CNN-LSTM)的车辆运动状态识别自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)组合导航方法。首先,应用CNN-LSTM网络模型进行车辆运动状态识别,解决车辆自我运动不确定性的问题;其次,将特定运动状态约束下的噪声协方差应用于UKF的时间更新与量测更新;最后,将所提方法在采集的数据集上进行验证。实验结果表明,与经典的UKF算法相比,所提方法的位置均方根误差与速度均方根误差分别下降了22.67%与2.63%,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 组合导航 车辆运动状态识别 组合神经网络 自适应无迹卡尔曼滤波 噪声协方差
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大长径比远程制导火箭弹自适应Super-twisting控制方法
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作者 范军芳 闫华杰 +2 位作者 纪毅 唐文桃 赵国宁 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期196-204,212,共10页
针对具有轻质薄壳结构的大长径比远程制导火箭弹刚体-弹性体耦合动力学控制难题,提出了一种自适应Super-twisting控制方法。首先,将大长径比远程制导火箭弹的弹性模态与外部干扰项视为归一化扰动,建立了考虑参数、模型不确定性的刚体-... 针对具有轻质薄壳结构的大长径比远程制导火箭弹刚体-弹性体耦合动力学控制难题,提出了一种自适应Super-twisting控制方法。首先,将大长径比远程制导火箭弹的弹性模态与外部干扰项视为归一化扰动,建立了考虑参数、模型不确定性的刚体-弹性体耦合动力学模型。针对外部扰动难以实时精准获取的问题,设计了有限时间收敛干扰观测器,能够在大范围气动参数摄动情形下对远程制导火箭弹外部扰动进行实时精准估计。为提高系统鲁棒性,设计了基于Super-twisting算法的自适应有限时间控制方法,使系统能根据状态误差自动调节控制参数,在削弱高频抖振的同时有效提高抗干扰能力。仿真结果表明:所提控制方法在弹体±15%气动参数摄动的条件下,由平飞状态转变为跟踪幅值为10的正弦弹道倾角指令时,实现3.2 s内弹道倾角跟踪误差收敛至0.002°,可实现远程制导火箭弹姿态平稳跟踪控制弹道倾角指令。 展开更多
关键词 远程制导火箭弹 弹性效应 自适应Super-twisting 有限时间收敛 扰动观测器
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基于AFCKF的捷联旋转弹视线角速率滤波算法
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作者 夏书涵 范军芳 +3 位作者 纪毅 王伟 陈仕伟 马乾才 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2024年第4期86-92,共7页
针对捷联旋转弹输出的视线角速率与姿态误差强耦合的问题,提出一种基于自适应渐消容积卡尔曼滤波(AFCKF)的方法。为实现弹目视线角速率的解耦,考虑弹目相对运动特性,构建包含末制导段视线角速率估计模型的状态模型,并根据几何关系建立... 针对捷联旋转弹输出的视线角速率与姿态误差强耦合的问题,提出一种基于自适应渐消容积卡尔曼滤波(AFCKF)的方法。为实现弹目视线角速率的解耦,考虑弹目相对运动特性,构建包含末制导段视线角速率估计模型的状态模型,并根据几何关系建立了包含弹目视线角和姿态角的量测模型。为解决旋转弹下传统CKF视线角速率估计结果的发散导致滤波失效,引入基于残差序列的渐消因子对预测状态协方差进行调节以快速收敛估计结果。为验证AFCKF的有效性,考虑姿态角和量测角的典型干扰。仿真结果表明,所提方法的视线高低角速率估计误差均值、方位角速率估计误差均值分别为传统EKF的30.41%和42.18%,有效提升了旋转弹视线角速率估计的精度。 展开更多
关键词 旋转弹 捷联导引头 视线角速率 AFCKF 非线性滤波
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基于多尺度图卷积的高光谱图像分类
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作者 温馨 李禄 +3 位作者 范军芳 胡智峰 周锋 吴亚平 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1300-1308,共9页
近年来,卷积神经网络在高光谱图像分类领域取得了显著的进步,但是其只能对图像进行规则格网运算,不能自适应的进行特征聚合。因此,本文提出了一种基于分段森林的多尺度图卷积神经网络的高光谱图像分类方法,主要有四个步骤:首先使用主成... 近年来,卷积神经网络在高光谱图像分类领域取得了显著的进步,但是其只能对图像进行规则格网运算,不能自适应的进行特征聚合。因此,本文提出了一种基于分段森林的多尺度图卷积神经网络的高光谱图像分类方法,主要有四个步骤:首先使用主成分分析进行降维,根据图像的空间信息构建多尺度的分段森林,建立子树之间关系;然后提出了一种基于图卷积网络的U-net模型架构,通过池化和解池化建立多个尺度之间的图结构特征的转换;网络通过图卷积神经网络进行自适应的特征聚合,并在编码器和解码器之间采用跳层连接融合了多尺度特征;最后通过SoftMax进行节点的半监督分类。实验在公开的高光谱数据集上进行了验证,均取得了较好的分类精度,表明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 高光谱图像 多尺度 分段森林 图卷积神经网络 子树
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基于FPGA的扩展卡尔曼滤波器设计与仿真
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作者 刘一康 刘宁 +1 位作者 苏中 范军芳 《计算机仿真》 北大核心 2023年第11期236-242,共7页
为了进一步提高工程应用中扩展卡尔曼滤波器的实时性及通用性,提出了基于具有高度并行性特点的现场可编程逻辑阵列(FPGA)实现扩展卡尔曼滤波器的方案。依据其并行运算的特点,设计了扩展卡尔曼滤波并行运算流程,有效缩短了运算时间。针... 为了进一步提高工程应用中扩展卡尔曼滤波器的实时性及通用性,提出了基于具有高度并行性特点的现场可编程逻辑阵列(FPGA)实现扩展卡尔曼滤波器的方案。依据其并行运算的特点,设计了扩展卡尔曼滤波并行运算流程,有效缩短了运算时间。针对矩阵乘法、状态机设计等难点提出优化实施方案,并采用模块化的设计方法进行了系统软件架构设计,使其更加易于进行测试与升级。最后通过与数值仿真结果进行对比分析,验证了本设计具备良好的运算精度,且有效提高了系统实时性。 展开更多
关键词 扩展卡尔曼滤波器 矩阵运算 状态机
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CenterNet-based遥感图像目标检测方法研究
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作者 黄佳琦 范军芳 李蓓蓓 《弹箭与制导学报》 北大核心 2023年第1期24-31,40,共9页
快速准确地识别遥感图像中小而密集、成像质量不高的目标成为基于深度学习技术的遥感目标检测研究的重点和难点。为解决这类问题,提出结合注意力机制的CenterNet-based目标检测方法,该方法利用ResNet-50网络进行基础特征提取;在主干输... 快速准确地识别遥感图像中小而密集、成像质量不高的目标成为基于深度学习技术的遥感目标检测研究的重点和难点。为解决这类问题,提出结合注意力机制的CenterNet-based目标检测方法,该方法利用ResNet-50网络进行基础特征提取;在主干输出处引入改进的通道注意力模块(ECA-NET),削弱非关注点表达的同时,增强关注点的信息通道;阶段性调整学习策略,加快网络收敛速度。在遥感数据集上进行实验,与原CenterNet算法相比精度提高了13%,检测速度达52.61帧/s。实验结果表明,改进的CenterNet-based目标检测方法在保证检测速度的前提下极大保留小目标的特征,从而降低漏检率,提升识别率,有效平衡了遥感目标检测的精度和速度,在实际环境中具有重要的应用价值。 展开更多
关键词 深度学习 目标检测 遥感图像 anchor-free CenterNet 注意力机制
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两回路自动驾驶仪设计与分析 被引量:12
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作者 范军芳 林德福 +1 位作者 祁载康 张宏 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期2447-2450,共4页
分析了参数变化引起的弹体模型和静稳定性的改变,以及降低静稳定性对导弹机动性能的改善。研究了把工程指标转化为期望的闭环系统极点的方法,以及与全状态反馈等价的从状态反馈到输出反馈的变换技术,给出了基于极点配置和输出反馈的一... 分析了参数变化引起的弹体模型和静稳定性的改变,以及降低静稳定性对导弹机动性能的改善。研究了把工程指标转化为期望的闭环系统极点的方法,以及与全状态反馈等价的从状态反馈到输出反馈的变换技术,给出了基于极点配置和输出反馈的一般性的两回路自动驾驶仪设计方法。结果表明,两回路驾驶仪可以稳定静不稳定的弹体,而执行机构的有限的资源是限制驾驶仪控制作用的关键因素之一,引入加速度计到弹体质心距离这一参数后可以在一定程度上改善系统的稳定性。 展开更多
关键词 静不稳定导弹 两回路自动驾驶仪 极点配置 舵机资源 稳定性
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一种微小型激光制导弹药的攻角辨识研究 被引量:2
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作者 范军芳 田翔 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第9期26-28,72,共4页
针对一种微小型制导弹药结合气动计算和基于加速度计的弹体攻角估算方法,进行了攻角辨识研究。建立了气动模型,计算得到制导弹药典型飞行条件下的气动与平衡攻角数据。利用气动力特征建立了一种攻角辨识模型,提出一种弹上惯性测量单元(I... 针对一种微小型制导弹药结合气动计算和基于加速度计的弹体攻角估算方法,进行了攻角辨识研究。建立了气动模型,计算得到制导弹药典型飞行条件下的气动与平衡攻角数据。利用气动力特征建立了一种攻角辨识模型,提出一种弹上惯性测量单元(IMU)硬件布局方案。结合试验数据,给出了制导弹药的攻角辨识结果。与仿真结果的对比分析表明,基于飞行试验数据的攻角辨识结果与气动仿真结果较为一致,证明所提出的攻角辨识方法合理可行。 展开更多
关键词 微小型制导弹药 攻角辨识 飞行试验 气动计算
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“智能科学与技术”专业自动控制理论课程教学研究 被引量:2
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作者 范军芳 苏中 《理工高教研究》 2010年第3期138-140,共3页
"智能科学与技术"并不同于控制工程或其它电子信息专业,该专业的控制理论教学应适应专业本身的特点以及所属大学的培养目标。结合北京信息科技大学的实际情况,对典型高校自动控制理论课程的设置进行了分析,并探讨了"智... "智能科学与技术"并不同于控制工程或其它电子信息专业,该专业的控制理论教学应适应专业本身的特点以及所属大学的培养目标。结合北京信息科技大学的实际情况,对典型高校自动控制理论课程的设置进行了分析,并探讨了"智能科学与技术"专业自动控制理论课程的教学改革问题。 展开更多
关键词 智能科学与技术 控制理论 教学改革
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刚弹性耦合的高超声速飞行器自适应有限时间控制
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作者 范军芳 唐文桃 +2 位作者 纪毅 李亚峰 王伟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期1132-1141,共10页
针对高超声速飞行器刚性-弹性耦合动力学特性诱发的再入姿态稳定控制难题,提出了一种具有有限时间收敛功能的自适应积分Lyapunov控制方法。建立了刚性-弹性耦合动力学模型,将弹性模态与外部不确定性视为归一化扰动,构造辅助误差补偿子... 针对高超声速飞行器刚性-弹性耦合动力学特性诱发的再入姿态稳定控制难题,提出了一种具有有限时间收敛功能的自适应积分Lyapunov控制方法。建立了刚性-弹性耦合动力学模型,将弹性模态与外部不确定性视为归一化扰动,构造辅助误差补偿子系统。设计自适应律跟踪归一化扰动,可使姿态跟踪误差在有限时间内收敛,同时增强积分Lyapunov控制方法的鲁棒性。此外,为解决传统反步法控制的“微分爆炸”问题,引入一阶线性滤波器,避免了直接求导,得到了平滑且可执行的控制指令。仿真结果表明:所提控制方法在气动参数摄动±20%的条件下,实现速度跟踪误差不大于0.1 m/s,高度跟踪误差不大于0.5 m,可有效抑制弹性模态和外部扰动对姿态控制的不利影响。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 刚性-弹性耦合 自适应方法 积分Lyapunov控制 有限时间收敛
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雷达制导系统噪声对制导精度的影响 被引量:12
11
作者 张宏 林德福 +1 位作者 祁载康 范军芳 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1295-1298,1333,共5页
采用伴随法得到系统伴随模型,然后使用时间尺度变换法和传递函数变换法对伴随模型无量纲化,分析得到角噪声和目标闪烁是影响雷达制导系统制导精度的重要因素,它们产生的脱靶量不随末导时间的增大而减小趋于零。通过研究脱靶量均方根值... 采用伴随法得到系统伴随模型,然后使用时间尺度变换法和传递函数变换法对伴随模型无量纲化,分析得到角噪声和目标闪烁是影响雷达制导系统制导精度的重要因素,它们产生的脱靶量不随末导时间的增大而减小趋于零。通过研究脱靶量均方根值相对目标闪烁均方根值的比值,表明制导精度与闪烁频率密切相关。研究结果对型号研制的早期阶段有重要意义。 展开更多
关键词 伴随法 无量纲化 脱靶量 角噪声 目标闪烁
原文传递
基于双加速度计的弹体气动参数辨识 被引量:4
12
作者 程振轩 祁载康 +1 位作者 林德福 范军芳 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期283-285,298,共4页
针对飞行器研制过程中关键气动参数的获取问题,提出了基于双加速度计测量的弹体气动参数辨识方法,给出了硬件在弹上的布局方案和具体的参数辨识步骤.利用该测试方法可以辨识出弹体的自振频率、攻角、过载以及升力系数等气动参数.飞行试... 针对飞行器研制过程中关键气动参数的获取问题,提出了基于双加速度计测量的弹体气动参数辨识方法,给出了硬件在弹上的布局方案和具体的参数辨识步骤.利用该测试方法可以辨识出弹体的自振频率、攻角、过载以及升力系数等气动参数.飞行试验结果表明,通过双加速度计进行弹体参数辨识,可以得到重要的气动参数. 展开更多
关键词 参数辨识 硬件布局 双加速度计 飞行试验
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全捷联小型弹药制导系统设计 被引量:10
13
作者 孙宝彩 范军芳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期1960-1965,共6页
围绕适用于小型无人机、单兵等平台的微小型弹药制导化需求,提出了基于捷联导引头和捷联惯导的全捷联制导控制方案。针对全捷联体制无法直接提供有效制导信息的问题,导出了惯性视线速率的理论方程及滚转稳定条件下的实用形式,设计了非... 围绕适用于小型无人机、单兵等平台的微小型弹药制导化需求,提出了基于捷联导引头和捷联惯导的全捷联制导控制方案。针对全捷联体制无法直接提供有效制导信息的问题,导出了惯性视线速率的理论方程及滚转稳定条件下的实用形式,设计了非线性微分器以实现稳定的视线信息数值微分。给出了作为内回路的PI校正两回路过载驾驶仪。分别进行了机载平台和单兵发射的仿真。结果表明:全捷联技术可以有效解决小射程条件下制导弹药的小型化、精确化,多约束条件下的制导控制系统设计是应用的关键。 展开更多
关键词 微小型弹药 全捷联 惯性视线角速率 非线性微分
原文传递
夯实基础,强化特色,专业学科,持续发展 被引量:2
14
作者 李擎 刘福朝 范军芳 《计算机教育》 2012年第18期40-43,共4页
介绍北京信息科技大学智能科学与技术专业"重视基础、重视构架、重视发展"的建设特色,分析专业建设与学科建设、团队构架、学科竞赛等内容的关系,探讨以专业建设为基础和以学科建设为龙头的思路,阐述可持续发展的专业建设之路。
关键词 智能科学与技术 专业建设 学科建设 团队构架 学科竞赛
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基于事件触发机制的多飞行器有限时间协同制导方法 被引量:1
15
作者 纪毅 李俊贤 +2 位作者 王伟 闫华杰 范军芳 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期946-956,共11页
针对多飞行器目标齐射问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间一致性协同制导方法,通过事件触发机制减少控制指令生成与通信频次,进而降低了信道负载,提升了通信效率与可靠性。首先,设计了两阶段制导律,第一阶段使各飞行器的中间变量... 针对多飞行器目标齐射问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间一致性协同制导方法,通过事件触发机制减少控制指令生成与通信频次,进而降低了信道负载,提升了通信效率与可靠性。首先,设计了两阶段制导律,第一阶段使各飞行器的中间变量一致性误差收敛至一小区间,第二阶段利用三维比例导引律完成制导。其次,将多飞行器系统制导动力学模型整理为二阶多智能体动力学系统,并通过设计终端滑模面将其降阶为一阶多智能体动力学系统。最后,基于事件触发机制,分别设计了集中式与分布式一致性制导方法。理论分析与仿真结果验证了上述方法的有效性、有限时间收敛性与Zeno现象规避性。 展开更多
关键词 多飞行器协同制导 两阶段制导 有限时间一致性 事件触发机制 终端滑模
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固定推力和总冲约束的高空飞行器姿态控制
16
作者 李擎 苏中 范军芳 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2012年第5期21-24,共4页
针对执行器为固定推力的喷气反作用装置的高空飞行器姿态控制问题,以推力总冲最小为约束,以Lyapunov稳定性和滑动模态可达性为要求,选择线性和指数函数复合的切换函数,设计了一个实例系统的控制器。系统姿态和姿态机动过程的仿真结果表... 针对执行器为固定推力的喷气反作用装置的高空飞行器姿态控制问题,以推力总冲最小为约束,以Lyapunov稳定性和滑动模态可达性为要求,选择线性和指数函数复合的切换函数,设计了一个实例系统的控制器。系统姿态和姿态机动过程的仿真结果表明,该设计能消除系统参数变化以及干扰力矩的影响,并能准确调整姿态。 展开更多
关键词 高空飞行器 姿态控制 开关控制 固定推力 总冲
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基于分数傅里叶域信号处理的迈克尔逊干涉法测量波长
17
作者 姜盛 武进敏 +4 位作者 鲁溟峰 魏洪涛 范军芳 张峰 陶然 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第11期1652-1658,共7页
建立了迈克尔逊干涉法测量波长所得条纹图的数学模型,揭示了其线性调频信号(chirp信号)特性,提出了基于分数傅里叶变换信号处理方法对迈克尔逊干涉条纹进行处理,实现了激光波长测量。实验结果表明:该测量方法具有可行性,对于波长范围为4... 建立了迈克尔逊干涉法测量波长所得条纹图的数学模型,揭示了其线性调频信号(chirp信号)特性,提出了基于分数傅里叶变换信号处理方法对迈克尔逊干涉条纹进行处理,实现了激光波长测量。实验结果表明:该测量方法具有可行性,对于波长范围为400~635 nm的激光,波长测量的平均相对误差约为0.39%。在干涉条纹图被高斯白噪声污损情况下,波长测量的平均相对误差仍然小于1%。 展开更多
关键词 计量学 波长测量 迈克尔逊干涉法 CHIRP信号 分数傅里叶变换 相对误差
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基于三角形收缩法改进的分数傅里叶变换估计牛顿环参数
18
作者 武进敏 姜盛 +5 位作者 鲁溟峰 沈德明 范军芳 李亚峰 张峰 陶然 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第12期1783-1790,共8页
针对分数傅里叶变换用于牛顿环参数估计时速度较慢的问题,通过分析牛顿环条纹图分数傅里叶域幅值最大值与相应旋转角的分布规律,提出基于三角形收缩法改进的分数傅里叶变换进行牛顿环参数估计的方法。实验结果表明:该方法具有可行性,对... 针对分数傅里叶变换用于牛顿环参数估计时速度较慢的问题,通过分析牛顿环条纹图分数傅里叶域幅值最大值与相应旋转角的分布规律,提出基于三角形收缩法改进的分数傅里叶变换进行牛顿环参数估计的方法。实验结果表明:该方法具有可行性,对于图像尺寸小于640×640 pixels的条纹图,处理所需时间<1 s,随着图像尺寸增加,条纹图中包含的条纹数目增加,曲率半径估计值相对误差降低,而处理时间仍可满足工程实际需求。以处理1080×1080 pixels的图像为例,估计值相对误差为0.001%,处理时间为3.31 s。该方法估计720×720 pixels高斯噪声污损的牛顿环干涉条纹图像平均用时1.28 s,约为传统分数傅里叶变换用时的1/700。 展开更多
关键词 光学计量 透镜曲率半径 牛顿环条纹图 分数傅里叶变换 三角形收缩法
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低成本制导弹药虚拟运动预测组合导航方法
19
作者 纪毅 李浩天 +2 位作者 范军芳 刘宁 马乾才 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期132-140,共9页
采用捷联惯导/卫导松组合导航系统的低成本制导弹药在执行任务时,卫星导航信号闪烁、断续、丢失等情况时有发生,严重降低了导航精度。为解决卫导信号短时缺失条件下的精确导航问题,提出了一种基于虚拟运动状态预测和自适应卡尔曼滤波器... 采用捷联惯导/卫导松组合导航系统的低成本制导弹药在执行任务时,卫星导航信号闪烁、断续、丢失等情况时有发生,严重降低了导航精度。为解决卫导信号短时缺失条件下的精确导航问题,提出了一种基于虚拟运动状态预测和自适应卡尔曼滤波器的卫导信号补偿导航方法。首先,建立卫导接收机正常工作时的状态与量测方程,构建三维空间下弹药制导过程的动力学模型。其次,根据制导律与动力学特性预测制导弹药的虚拟运动状态,并将其输入卡尔曼滤波器,在一定程度上替代卫导信号。最后,设计一种自适应卡尔曼滤波器,该滤波器可根据新息序列实际协方差与理论协方差的不匹配度自动调节增益。仿真结果表明,在卫导信号短时缺失的情况下,相比基于扩展卡尔曼滤波器的松组合导航方法,所提方法可将平均定位精度提升55%以上,为卫导信号短时缺失条件下的组合导航提供新思路。 展开更多
关键词 低成本制导弹药 捷联惯导/卫导松组合导航 卫导信号缺失 虚拟运动状态预测 自适应卡尔曼滤波器
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面向高机动目标拦截任务的空空导弹制导方法综述 被引量:3
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作者 纪毅 王伟 +3 位作者 张宏岩 范军芳 豆登辉 裴培 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2022年第6期15-25,共11页
当下高速飞行武器技术的飞速发展为防空反导任务带来严峻挑战,亦对应用于空空导弹的目标轨迹预测技术与空空导弹制导技术提出全新要求。在此背景下,本文提出空空导弹目标预测与制导任务的新需求,以两种典型空空导弹为例介绍第四代空空... 当下高速飞行武器技术的飞速发展为防空反导任务带来严峻挑战,亦对应用于空空导弹的目标轨迹预测技术与空空导弹制导技术提出全新要求。在此背景下,本文提出空空导弹目标预测与制导任务的新需求,以两种典型空空导弹为例介绍第四代空空导弹的特性,阐述了空空导弹制导系统工作方式,详细综述了高速目标轨迹预测方法、制导算法以及制导控制一体化方法的研究现状,并对比分析了各方法的优势与缺陷。最后,对仍需进一步研究的问题进行展望。 展开更多
关键词 导航、制导与控制 空空导弹 高机动目标 目标轨迹预测 制导算法 制导控制一体化
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